發(fā)布時間：2024-06-10 22:41

　　基于強度折減極限有限元法,建立直立形、傾斜形和曲面形3種掌子面形狀的模型。針對不同傾角的斜井模型,研究網(wǎng)格多少以及局部加密自適應網(wǎng)格對計算結果的影響,分析掌子面安全系數(shù)與破壞形狀之間的關系,并將安全系數(shù)同有限元分析作對比。研究結果表明:網(wǎng)格越精細,安全系數(shù)越低;曲面形掌子面的穩(wěn)定系數(shù)小于直立形式的,直立形式的小于傾斜形式的;掌子面越傾斜,越穩(wěn)定,類似于起到核心土的作用;掌子面底部與拱頂存在次應變集中帶,隧道在縱斷面上存在分區(qū)破壞;當掌子面形狀為微橢圓形時,其穩(wěn)定性略有提高,但隨著橢圓度增大,安全系數(shù)降低,實際施工中,橢圓度不宜控制,建議有條件下可采用斜掌子面;斜井傾角越大,掌子面穩(wěn)定性越低,所以大傾角斜井與大反坡隧道施工,更要采取措施控制掌子面的穩(wěn)定;低黏聚力的破碎圍巖,應通過注漿等措施,改善圍巖力學參數(shù),提高掌子面穩(wěn)定性。

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【部分圖文】：

圖1掌子面不同形式與斜井掌子面

不同掌子面形式見圖1，網(wǎng)格劃分見圖2，圍巖參數(shù)見表1所示，本構關系為Mohr-Coulomb，模型邊界為左右水平約束，底部為豎向約束，頂面為自由表面，隧道襯砌段為約束段，掌子面為自由面。注，圖1(b)中，本文用L表示掌子面傾斜程度，建立了4種工況：1,2,3和4m,L值越大，表....

圖2網(wǎng)格劃分

強度折減法原理是對圍巖的力學參數(shù)摩擦角與黏聚力進行折減；對于常規(guī)有限元強度折減法，本文是以不收斂作為判定依據(jù)的；對于極限分析有限元強度折減，是以強度折減到開挖面的支護力為0的相應折減系數(shù)作為安全系數(shù)。2網(wǎng)格對計算結果影響分析

圖3不同網(wǎng)格數(shù)對安全系數(shù)影響

均勻網(wǎng)格劃分的網(wǎng)格數(shù)對安全系數(shù)的影響見圖3(a)，局部加密網(wǎng)格數(shù)的影響見圖3(b)：對于均勻網(wǎng)格，需要更多的單元數(shù)才能達到計算的安全系數(shù)不變，而局部加密網(wǎng)格在相對較少的單元數(shù)下就能使得結果穩(wěn)定，如局部加密網(wǎng)格是5000，而均勻網(wǎng)格要10萬個才可以。3不同計算方法對比

圖4不同方法計算對比

見圖4：下限法(LOW-FEM)的安全系數(shù)最低，上限有限元法(UP-FEM)在中間，而采用常規(guī)有限元(FEM-SRM)進行強度折減所得安全系數(shù)最大，上限法居中，而下限法最小，這可能與計算的準則有關；若以上限法為基準，則各方法計算誤差在2%～10%之間，誤差不大；用強度折減有限元獲....

本文編號：3992006